如何提高高速公路监控视频图像质量

【摘要】随着高速公路基础设施不断完善，如何利用高科技手段安全有效地提高道路通行率、降低交通事故，成为运营管理的首要目标，高速公路监控系统是日常运营管理最直接有效的手段。本文根据在日常工作中遇到的实际问题，对影响视频图像质量的各种因素进行分析并逐项排查，对如何提高高速公路监控视频图像质进行了探讨。

【关键词】高速公路；监控视频；图像质量

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：

1、视频图像质量存在问题

(1)图像质量不稳定。视频图像的质量直接影响了监控系统的实时有效性。路段视频监控图像通常存在白屏、波纹、画面错位等现象，使得图像识别困难，使得后端录像、存储等都变得毫无意义，也无法用于图像分析。

(2)传输信号不稳定。视频图像实时性要求高、视频路数多、传输结构复杂、环境恶劣是道路监控的基本特点。因此，现有的传输带宽不足、传输距离过远、电磁干扰等原因，都会使得传输视频信号不稳定，出现不同程度的丢帧现象，从而造成视频监控画面短时间的中断黑屏闪烁等现象。

(3)控制响应慢。视频监控系统的控制响应慢，迟延率可达到数秒，从而使得系统无法进行准确定位，造成处理偏差，使得系统联动功能和实时调度效率都受到不同程度的影响。

2成因分析

(1)视频源的影响

路段建成使用时间较长，设备正常损耗与线路老化，新增系统设备不断增加，多系统设备叠加使用，尤其是部分电力线路与视频线路的不规范敷设等原因都可能对信号源产生不稳定影响。

综上所述分析主要涉及以下指标参数:视频电平:通常也称为白电平值，白电平偏高，图像显示高亮度没有层次使得整个画面对比度减少，主观呈现图像灰白犹如雾天，清晰度降低。白电平值偏低，图像整体亮度降低，色彩饱和度降低，主观呈现昏暗不清晰。同步脉冲幅度:超出正常值后会对图像产生影响，如发白或灰暗，与视频电平症状类似，但是同时会出现失真现象。

幅频特性:用于评估一个系统均匀一致传送不同频率信号分量而不影响信号幅度的能力。该指标着重体现传输通道内频率的衰减情况，当高段损耗较大时，图像边缘模糊不清。视频新杂比:指亮度信号幅度的标称值与水机杂波幅度有效值之比，以分贝(dB)为单位。当信杂比比较低时，图像会出现颗粒状雪花干扰，色彩闪烁明显，直接影响图像清晰度。

(2)模拟信号的传输与控制

所辖管理路段全部使用的是模拟信号传输和控制，运管中心机房也都是模拟矩阵的解决方案，在机电管理过程中深刻的感受到了带来的制约与限制，同时增加了升级改造项目中的技术难度。就模拟矩阵与数字矩阵进行简单的分析。

模拟矩阵:视频切换在模拟视频层完成。信号切换主要是采用单片机或更复杂的芯片控制模拟开关实现。

数字矩阵:视频切换在数字视频层完成，这个过程可以是同步的也可以是异步的。数字矩阵的核心是对数字视频的处理，需要在视频输入端增加AD转换，将模拟信号变为数字信号，在视频输出端增加DA转换，将数字信号转换为模拟信号输出。视频切换的核心部分由模拟矩阵的模拟开关，变将成了对数字视频的处理和传输。

成本优势:采用数字视频矩阵方案，只需一台设备就可以同时实现视频矩阵和DVR的功能，大大的节省了成本。对矩阵的控制和DVR的控制集成在一起，方便灵活。如采用模拟矩阵，至少需要一台矩阵主机和一台DVR主机，安装调试复杂，除了DVR的成本外，还要为模拟矩阵付出高额的成本。

功能优势:配置灵活，功能强大，简单易用。在模拟矩阵十DvR方案中，矩阵和DVR各自为政，需要分别控制，模拟矩阵提供的操作方式复杂，易操作性很差，且功能单一，如果要实现比较复杂的功能，需要很繁琐的操作流程;而采用数字矩阵，通过一个控制平台即可实现对切换矩阵和DVR的同时控制，操作界面可由二次开发商在Windows或Lmux下自由开发，可以根据自己客户的需求定制应用程序，定制各种功能，所构建的系统，完全取决于开发商自己的软件。

在数字矩阵中，基于对图像的数字处理:可以在实现视频切换的同时对图像进行很多处理，比如叠加字符、叠加图像、区域遮盖等功能再处理，这些都是目前DVR所普遍具有的功能，但是对于模拟矩阵，由于它的核心是基于模拟信号的处理，在面对这些功能时，则显得力不从心。这里以字符叠加功能为例，模拟矩阵往往需要外接字符叠加芯片来实现，通常只能实现ASCll码也就是英文字符的叠加，而能够实现汉字叠加的模拟则可以说是寥寥无几，更不用说同时支持简体、繁体等多语言和长字符的支持。至于图像叠加等功能，在模拟信号层是无法实现的。

3优化方案

(1)优化信号源

对前端设备更新，使其技术参数提高，是最为直接有效的优化方案。对信号强度低于1300mv的视频源设备进行重点排查，通过矢量示波表、视频检测器、视频信号发生器、信号分析仪等检测设备对数据源设备、传输节点和管理层级的附属设备进行检测。对衰减严重，干扰波过高的视频设备予以更新改造。对老化衰减严重的摄像机，可参照国标GB/T28059.!一20H中“应按GB50I98的要求，按5级损伤制评定，监视图像质量主观评价不低于4级。”的技术等级要求对目前国内主流设备生产厂家的产品的技术标准筛选，然后逐步进行更新升级。对于监控系统供配电单元检测中，过载现象也应及时予以扩容和升级改造，确保设备在正常范围工作减少图像不稳定因素，延长设备使用寿命。

(2)统一控制编码

PELCO一P、D、曼码是目前主流控制编码。曼码在监控产品主要集中在AD、AB、NTK这些公司的产品里。曼码英文是mdncheste码，在局域网中广泛使用。曼码的格式编码与解码都比较复杂，这是它的缺点。优点是传输数据可靠性高，抗干扰能力强，传输距离远等。系统的搭配一般是使用在矩阵、AD球机、控制键盘上。但在使用过程中，往往出现许多问题。最大的问题是这些设备价格高。由于上述原因或存在各设备之间调试不兼容现象，应结合自身路段的设备情况进行选择，达到统一控制编码，减少转换次数从而降低控制迟延率的目的。

(3)数字化改造

数字化传输网络具有图像传输质量高;稳定性和可靠性强;抗干扰、抗户外恶劣环境能力强;数据储存应用共享平台强大;应急联动功能完善;用户管理机制安全，灵活等优点。全数字化、全网络化，符合未来高速公路通信系统和信息网络的发展需求，是高速公路发展的必然选择。应结合自身路段的设备情况及时进行数字化、网络化的更新改造，最终达到从采集到应用符合“统一平台，多级分享”的全数字化高速公路监控系统。

4具体措施

(1)优化数据源。通过视频监控图像专项整改，对现有路段摄像机进行测试，达不到图像技术要求的进行维修或更换，对高低压混铺线路进行改造，室外线缆更为较高指标线缆，管理处监控图像质量得到明显改善，图像优良率由36%提升到了97%。

(2)优化视孩线路。通过对视频头、视频线进行检查，更换破损、氧化、不符合敷设要求的视频线路，有效地降低了传输损耗。

(3)干扰源检测。随着高速公路智能化系统应用不断增多，电子、电气设备越来越多越来越复杂，部分收费站区车道、亭内视频图像干扰波严重，经过排查更换优化后干扰明显减轻。

(4)传输系统检测。视频信号直接经过同轴电缆传输，会产生幅度衰减和频率失真。即不同频率分量衰减不同，频率越高衰减越大。幅度的衰减直接导致图像对比度下降，而高频衰减则会导致色饱和度与清晰度的降低。多级监控集中管理的视频图像质量衰减易产生叠加效应，需要通过系统性的检测找到传输薄弱环节，通过优化把每一层的衰减度降到最低，从而达到图像质量最优。

通道检测、抗干扰方面，接地，电源检测。检测以《公路工程质量检验评定标准第二册机电工程》JTGF80/2-2004中闭路电视监控系统及光电缆线路的性能测试为依据。重点检测项目：强电端子对机壳绝缘电阻、安全保护接地电阻、防雷接地电阻、传输通道指标、监视器画面指标。其余检测项目可根据中实际情况进行检测以帮助分析图像质量出现问题的原因。从前端图像采集设备到收费站、收费站到运管中心、运管中心到少新管理处进行三级分段测试，以确定干扰源位置或线路衰减位置。发现有不符合标准的检测结果时，再在原有分段测试的基础上进一步细化分段，分别对传输通道内的同轴电缆传输及光传输进行测试，尽可能的确定干扰源位置或线路衰减位置。

参考文献：

[1]曾盛.高速公路视频图像传输方案[J].电信工程技术与标准化，2008，(4).

[2]秦绯.论高速公路视频图像资源共享[J].山西科技，2010，(6).